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非同期并列引起的主变差动保护异常动
作分析及措施

[摘要]无限大电网与小电网非同期并列引起主变差动保护CT严重饱和，不
平衡电流形成差流，差动保护二次谐波闭锁临界开放,导致保护异常动作原因分

析及控制措施。

[关键词]非同期并列互感器饱和二次谐波保护异常动作措施

0.引言

随着电力系统的高速发展，电网装机规模日益增大，电力系统结构日趋复杂，
特高压直流、交流大区互联的大电网应用而生。继电保护装置作为电力系统中保
护电力元件最重要的一道安全防线，其作用是被保护的元件在发生故障时保护装
置第一时间动作,快速、可靠、有选择、正确地出口切除故障设备，从而达到避

免事故进一步扩大，减少停电范围的目的。

差动保护作为主变压器的主保护，其动作的正确性、可靠性对变压器的安全
运行起着至关重要的作用。变压器差动保护利用流入变压器一侧的电流必然等于
流出变压器另一侧电流的基本原理，当变压器内部故障，故障电流大于变压器差
动保护的动作电流时，差动保护可靠动作，跳开变压器各侧的断路器，切断故障
电流，起到保护变压器的作用，但当变压器外部故障时，流过变压器的电流为穿
越性的故障电流，此时理论上流过变压器各侧的电流矢量和为零，变压器保护应

该可靠不动作。

常用的电力变压器作为静止电机，不同于发电机，原边和副边之间仅为电磁
耦合方式进行能量传递，不存在电的直接联系。根据变压器运行过程中的谐波特
性，广泛引入二次谐波制动或间断角制动，作为变压器差动保护防误动作的必要

措施。
1.现象简述

某水电站以220kV电压等级接入电网送出变电站II母，为两机一变单元扩
大接线方式，主变压器保护装置按反措要求，配置了两套独立的电气主保护和一

套非电量保护，A、B套电气主保护均使用国电南自PST1200U型主变差动保护

装置。

2019年10月31日08时45分水电站受到电网较大冲击，两台主变差动保

护装置后备保护均启动，08时45分，调度机构告知该水电站送出220kV变电站
220kVI母故障解列，水电站为孤网模式运行，即4#机组带2T主变、2#机组带
1T主变，通过220kV线路、送出变电站220kVII母与区域另一小火电厂和当地

县城负荷构成小孤网运行模式。

10时37分57秒电网通过对侧送出变电站同期装置对其220kVI母、II母
（两个系统）进行带负荷并列操作，操作过程中水电站受到系统强烈冲击，1#主

变差动保护动作，1#主变高压侧断路器、低压侧断路器跳闸，经检查1#主变A套

差动保护动作，B套差动保护并未动作，A套报文如下：

0ms后备保护启动，48ms差动保护动作，差动电流=0.403A

2.原因分析

2.1A套差动动作原因分析

差动保护作为变压器的主保护，只有变压器内部故障时方可开放保护可靠动

作，该电站PTS1200U变压器差动保护采用三段式比例制动、二次谐波制动式逻
辑，用于防止主变充电操作时保护装置误动作。电网送出变电站自动准同期功能
及安全、可靠性在投运时已进行了验证，且在历年的运行过程中已完成数次操作，

均无异常。此次两个系统同期时两套主变后备保护均同时启动，B套差动保护启
动未动作，A套差动保护异常动作出口，主变停运，这与保护设计原理明显不符，
为此全面、系统地分析保护异常动作原因及动作的正确性，对于系统的安全运行

势在必行。

（1）调取A套差动保护动作录波图（如图1所示），高压侧三相电压所示，
主变高压侧电压在正常运行过程突然发生严重的波形畸变，突变时间与两个电力

系统同期并列操作时间吻合，波形显示同期并列时刻合闸相角超过60o，远远超

过规范要求的合闸角差，A相电压从接近于90o，瞬间被拉到了150o，电压波形从

正弦波变为锯齿波，B、C相电压也明显畸变，C相突变情况最严重。

图1A套差动保护录波图

（2）分析主变高压侧、低压侧电流波形可知，此时系统产生了较大的非同
期短路冲击电流，非同期并列后，致使高压侧和低压侧二次电流偏向时间轴的一

边，特别是C相高低压侧电流波形畸变尤为明显，分析认为一次系统非同期短路
后电流急剧上升，CT深度饱和。二次电流因CT深度饱和原因不再与一次电流同
步有周期性的变化，产生的不平衡电流形成三相差流，以C相差流最为明显，为

0.403A。

（3）谐波分析（如图2），二次电流中存在大量的直流分量，高压侧C相直
流分量值最大为0.723A，占比高达120.1%，高次谐波中二次和三次谐波的含量
普遍较低，故程序中将CT饱和判据开放，此时A套保护受纵差差流二次谐波闭

锁。

图2二次电流中的二次谐波

（4）二次谐波闭锁标志验证（如图3），48.33ms时刻二次谐波闭锁标志三
相同时开放，差动保护动作。保护装置二次谐波闭